為什么需要穿戴設(shè)備？或許，生活環(huán)境的惡化與養(yǎng)生保健意識(shí)的抬頭功不可沒。亞德諾半導(dǎo)體 (ADI) 亞太區(qū)醫(yī)療行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理王勝援引 BTC 調(diào)查資料指出，逾 80% 消費(fèi)者認(rèn)為穿戴式科技的作用之一，是讓醫(yī)療保健變得更加便利。
ADI 主張，在新興的穿戴設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域，＂運(yùn)動(dòng)＂和＂健康＂取向的手表、手環(huán)產(chǎn)品將成為穿戴式電子產(chǎn)品成長(zhǎng)的主要?jiǎng)幽埽瑯I(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)在于：
●它是電子設(shè)備市場(chǎng)的新成長(zhǎng)點(diǎn)；
●持續(xù)增加并完善健康保健類功能，部分性能甚至達(dá)到、或通過(guò)醫(yī)療級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；
●高整合度、小體積、低功耗及低成本的傳感器益發(fā)關(guān)鍵；
●后臺(tái)資料的分析處理并回饋到終端使用者的工作環(huán)節(jié)，是吸引使用者持續(xù)捧場(chǎng)的必經(jīng)之路。
●它是電子設(shè)備市場(chǎng)的新成長(zhǎng)點(diǎn)；
●持續(xù)增加并完善健康保健類功能，部分性能甚至達(dá)到、或通過(guò)醫(yī)療級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；
●高整合度、小體積、低功耗及低成本的傳感器益發(fā)關(guān)鍵；
●后臺(tái)資料的分析處理并回饋到終端使用者的工作環(huán)節(jié)，是吸引使用者持續(xù)捧場(chǎng)的必經(jīng)之路。
照片人物：ADI 亞太區(qū)醫(yī)療行業(yè)市場(chǎng)經(jīng)理王勝
穿戴設(shè)備樣貌多元，腦電監(jiān)測(cè)備受矚目
王勝提到，現(xiàn)階段運(yùn)動(dòng)相關(guān)的感測(cè)及計(jì)量雖相對(duì)成熟，但對(duì)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，如何快速、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)生命體征信號(hào)還有改善空間，這將催生、提升傳感器及信號(hào)處理的技術(shù)進(jìn)展；例如，以光電測(cè)量心率、血氧含量及其他健康指數(shù)，需要更新穎的光電傳感器及對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，包括常態(tài)運(yùn)動(dòng)的持續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量以及采集數(shù)據(jù)的后臺(tái)融合、分析使用等。除了手表、手環(huán)產(chǎn)品不斷推陳出新，有越來(lái)越多的健康類穿戴產(chǎn)品已在鞋、帽和眼鏡出現(xiàn)；而穿戴式的＂腦電產(chǎn)品＂亦將問(wèn)市，例如，睡眠監(jiān)測(cè)將更加準(zhǔn)確科學(xué)、對(duì)外界環(huán)境變化的反應(yīng)將被監(jiān)測(cè)或量化。
王勝提到，現(xiàn)階段運(yùn)動(dòng)相關(guān)的感測(cè)及計(jì)量雖相對(duì)成熟，但對(duì)于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下，如何快速、精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)生命體征信號(hào)還有改善空間，這將催生、提升傳感器及信號(hào)處理的技術(shù)進(jìn)展；例如，以光電測(cè)量心率、血氧含量及其他健康指數(shù)，需要更新穎的光電傳感器及對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，包括常態(tài)運(yùn)動(dòng)的持續(xù)準(zhǔn)確測(cè)量以及采集數(shù)據(jù)的后臺(tái)融合、分析使用等。除了手表、手環(huán)產(chǎn)品不斷推陳出新，有越來(lái)越多的健康類穿戴產(chǎn)品已在鞋、帽和眼鏡出現(xiàn)；而穿戴式的＂腦電產(chǎn)品＂亦將問(wèn)市，例如，睡眠監(jiān)測(cè)將更加準(zhǔn)確科學(xué)、對(duì)外界環(huán)境變化的反應(yīng)將被監(jiān)測(cè)或量化。
帶有腦電監(jiān)測(cè)的耳機(jī)，可監(jiān)測(cè)對(duì)某種音樂(lè)的不同反應(yīng)等，據(jù)以開發(fā)非常有趣的應(yīng)用；配飾類的智能化產(chǎn)品也使得穿戴式家族的產(chǎn)品更加豐富、環(huán)境類的監(jiān)測(cè)功能可望繼之而起。此外，大數(shù)據(jù)在智能穿戴式應(yīng)用——尤其是＂疾病預(yù)防＂及＂慢性病監(jiān)測(cè)＂居功厥偉；例如，生活方式和健康狀況的關(guān)系演變、特定體征信號(hào)的自身特點(diǎn)及變化軌跡、疾病的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律總結(jié)，以及對(duì)特定人群健康數(shù)據(jù)的采集和追蹤、甚至某些疾病的診斷等。上述都是應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)并結(jié)合智能設(shè)備 (或傳感器) 的典型應(yīng)用場(chǎng)景，僅依賴現(xiàn)有產(chǎn)品技術(shù)和應(yīng)用型態(tài)很難完成。
大數(shù)據(jù)技術(shù)和手段的融合會(huì)大幅完善、加速健康管理和處理的步伐。整體而言，穿戴設(shè)備的趨勢(shì)演變有三個(gè)階段：
1. 具備基本的健康和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)功能。然而，經(jīng)過(guò)這些年發(fā)展，第一階段已不能滿足用戶對(duì)設(shè)備的更多功能需求；例如，人們會(huì)進(jìn)一步希望知道跑步一公里 vs. 五公里，身體會(huì)出現(xiàn)哪些不同變化？經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)鍛練，心率、血壓、體脂等其他綜合生理指標(biāo)又發(fā)生哪些變化？
2. 用戶自身健康數(shù)據(jù)將得到更全面的采集處理，并附加環(huán)境數(shù)據(jù)。兩者融合可產(chǎn)生更多有用的數(shù)據(jù)和判斷回饋給用戶，很多企業(yè)已開始預(yù)研這些產(chǎn)品和技術(shù)，進(jìn)一步提升穿戴式的實(shí)用性和用戶黏著度。
3. 增加對(duì)智能家庭、智能汽車和人工智能 (AI) 的支援。穿戴設(shè)備的終極形式是作為 AI 的感知接口、將人和周圍設(shè)備建立更加智能聯(lián)系的橋梁，如此，才能真正實(shí)現(xiàn)無(wú)感式的采集、處理和控制，進(jìn)一步改變?nèi)粘Ｐ袨椤ｎ愃频膽?yīng)用場(chǎng)景將無(wú)處不在。
1. 具備基本的健康和運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)功能。然而，經(jīng)過(guò)這些年發(fā)展，第一階段已不能滿足用戶對(duì)設(shè)備的更多功能需求；例如，人們會(huì)進(jìn)一步希望知道跑步一公里 vs. 五公里，身體會(huì)出現(xiàn)哪些不同變化？經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)鍛練，心率、血壓、體脂等其他綜合生理指標(biāo)又發(fā)生哪些變化？
2. 用戶自身健康數(shù)據(jù)將得到更全面的采集處理，并附加環(huán)境數(shù)據(jù)。兩者融合可產(chǎn)生更多有用的數(shù)據(jù)和判斷回饋給用戶，很多企業(yè)已開始預(yù)研這些產(chǎn)品和技術(shù)，進(jìn)一步提升穿戴式的實(shí)用性和用戶黏著度。
3. 增加對(duì)智能家庭、智能汽車和人工智能 (AI) 的支援。穿戴設(shè)備的終極形式是作為 AI 的感知接口、將人和周圍設(shè)備建立更加智能聯(lián)系的橋梁，如此，才能真正實(shí)現(xiàn)無(wú)感式的采集、處理和控制，進(jìn)一步改變?nèi)粘Ｐ袨椤ｎ愃频膽?yīng)用場(chǎng)景將無(wú)處不在。
圖1：穿戴設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)和演變的三個(gè)階段
資料來(lái)源：ADI 提供
DSP、電源管理、傳感器與模擬前端，體現(xiàn)產(chǎn)品價(jià)值
從生態(tài)系的建立和完善角度來(lái)看，業(yè)界發(fā)展主軸有二：一是硬件設(shè)備不斷創(chuàng)新更全面而豐富的功能和性能，二是基于硬件終端的不斷提升以及后臺(tái)數(shù)據(jù)的深度挖掘和分析，進(jìn)而提供更有價(jià)值的數(shù)據(jù)服務(wù)。除了消費(fèi)類穿戴設(shè)備的蓬勃，在穿戴式醫(yī)療級(jí)監(jiān)護(hù)儀器及心電設(shè)備、專業(yè)心電貼等領(lǐng)域亦方興未艾；這些都是開發(fā)者可多關(guān)注的產(chǎn)品定位及設(shè)計(jì)考慮。王勝表示，ADI 在完成第一階段的心率監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)感測(cè)功能后，目前重點(diǎn)是如何將更多技術(shù)進(jìn)行衍生、使設(shè)備同時(shí)達(dá)到更多功能采集、提升用戶整體使用體驗(yàn)。
從生態(tài)系的建立和完善角度來(lái)看，業(yè)界發(fā)展主軸有二：一是硬件設(shè)備不斷創(chuàng)新更全面而豐富的功能和性能，二是基于硬件終端的不斷提升以及后臺(tái)數(shù)據(jù)的深度挖掘和分析，進(jìn)而提供更有價(jià)值的數(shù)據(jù)服務(wù)。除了消費(fèi)類穿戴設(shè)備的蓬勃，在穿戴式醫(yī)療級(jí)監(jiān)護(hù)儀器及心電設(shè)備、專業(yè)心電貼等領(lǐng)域亦方興未艾；這些都是開發(fā)者可多關(guān)注的產(chǎn)品定位及設(shè)計(jì)考慮。王勝表示，ADI 在完成第一階段的心率監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)感測(cè)功能后，目前重點(diǎn)是如何將更多技術(shù)進(jìn)行衍生、使設(shè)備同時(shí)達(dá)到更多功能采集、提升用戶整體使用體驗(yàn)。
王勝介紹，ADI 在醫(yī)院用及家用可攜式健康穿戴式領(lǐng)域有一系列創(chuàng)新產(chǎn)品和解決方案——支持多種可攜式醫(yī)療保健領(lǐng)域的高精度、低功耗片上計(jì)量?jī)x ADuCM350，已獲多家國(guó)際大廠青睞。ADI 含語(yǔ)音信號(hào)在內(nèi)的高性能數(shù)字信號(hào)處理器 (DSP)，以及 ADP150、ADP160 等線性電壓穩(wěn)壓器等高效能電源產(chǎn)品，可滿足不同智能穿戴所需；并購(gòu)凌力爾特 (Linear Technology) 后，陣容更形堅(jiān)強(qiáng)。另一方面，運(yùn)動(dòng)傳感器 (Motion Sensor) 與多項(xiàng)模擬前端 (AFE) 器件正當(dāng)紅——超低功耗三軸數(shù)位微機(jī)電 (MEMS) 的 ADXL362，喚醒模式功耗僅有 300 nA。
AD8232/3 則是專為簡(jiǎn)易型心電圖 (ECG) 信號(hào)處理要求而設(shè)計(jì)的低功耗、單導(dǎo)聯(lián)、心率監(jiān)護(hù)儀 AFE。與坊間常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同，AD8233 高度靈活的模擬濾波配置采用＂雙極高通濾波器＂，結(jié)合芯片內(nèi)部的儀表放大器架構(gòu)、不需額外增益放大器，即可采用多極低通濾波技術(shù)消除線路噪聲和其他干擾，并提供在關(guān)斷 (shutdown) 模式下的導(dǎo)聯(lián)脫落監(jiān)測(cè)功能，為設(shè)計(jì)人員提供靈活性；另一款高整合度的 AFE 芯片 ADAS1000，更可提供高質(zhì)量的＂多導(dǎo)聯(lián)＂心電、呼吸／心律調(diào)節(jié)器 (起搏器) 感測(cè)及其他功能，是高性能＂診斷級(jí) ECG 監(jiān)測(cè)＂的首選方案。
圖2：高性能診斷級(jí) ECG 監(jiān)測(cè)首選——ADAS1000 模擬前端區(qū)塊圖
資料來(lái)源：ADI 提供
光電測(cè)量應(yīng)用廣，干擾抑制學(xué)問(wèn)大
ADI 技術(shù)實(shí)力的另一個(gè)展現(xiàn)代表是當(dāng)下很熱門的＂光電測(cè)量＂——ADPD1XX 系列整合光電測(cè)量模塊。ADPD142、APD153、ADPD144 和 ADPD174 據(jù)悉是現(xiàn)今市面上整合度最高：Photodiode＋LED＋AFE＋LED 驅(qū)動(dòng)＋環(huán)境光抑制等，輸出就是 I2C 數(shù)值，且可兼顧體積與功耗做靈活配置的可大量出貨方案。特別一提的是，ADPD174 為整合 LED、光電二極管 (PD) 和 AFE 電路的光電測(cè)量模塊，可用于穿戴產(chǎn)品的光體積變化描記圖 (Photoplethysmography, PPG) 信號(hào)的采集等。在光電測(cè)量技術(shù)中，如何抑制內(nèi)部反射光與外部環(huán)境光 (降低干擾) 十分重要。
ADI 技術(shù)實(shí)力的另一個(gè)展現(xiàn)代表是當(dāng)下很熱門的＂光電測(cè)量＂——ADPD1XX 系列整合光電測(cè)量模塊。ADPD142、APD153、ADPD144 和 ADPD174 據(jù)悉是現(xiàn)今市面上整合度最高：Photodiode＋LED＋AFE＋LED 驅(qū)動(dòng)＋環(huán)境光抑制等，輸出就是 I2C 數(shù)值，且可兼顧體積與功耗做靈活配置的可大量出貨方案。特別一提的是，ADPD174 為整合 LED、光電二極管 (PD) 和 AFE 電路的光電測(cè)量模塊，可用于穿戴產(chǎn)品的光體積變化描記圖 (Photoplethysmography, PPG) 信號(hào)的采集等。在光電測(cè)量技術(shù)中，如何抑制內(nèi)部反射光與外部環(huán)境光 (降低干擾) 十分重要。
圖3：ADPD174 解決光電測(cè)量中光路結(jié)構(gòu)優(yōu)化難題
資料來(lái)源：ADI 提供
＂單是應(yīng)對(duì)抑制這一點(diǎn)，業(yè)界就花了一、兩年時(shí)間才解決。對(duì)于這類業(yè)界痛點(diǎn)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)才是關(guān)鍵，而這正是 ADI 技術(shù)始終關(guān)注的差異化方向＂，王勝?gòu)?qiáng)調(diào)。ADPD174GGI 可大幅簡(jiǎn)化系統(tǒng)級(jí)光學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，保證最終產(chǎn)品的一致性和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的成本和效率，同樣已獲全球知名穿戴式廠商認(rèn)可，且已大量出貨。在光電法測(cè)量生理體征信號(hào)方面，ADI 的 ADPD 系列傳感器及信號(hào)處理方案，亦正被重量級(jí)品牌客戶采用。ADI 預(yù)告，2018 年還將繼續(xù)在光電測(cè)量應(yīng)用中推出能協(xié)助解決客戶＂深層次系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)＂的明星產(chǎn)品。
王勝重申，基于以上對(duì)穿戴產(chǎn)品趨勢(shì)判斷、迄今取得的市場(chǎng)成績(jī)，加上與業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)廠商互動(dòng)過(guò)程中，ADI 堅(jiān)信＂健康功能＂必是穿戴產(chǎn)品發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力，也是 ADI 專注的重心所在；在硬件傳感器和電路不斷創(chuàng)新的同時(shí)，不忘進(jìn)一步加強(qiáng)、完善軟件及算法的開發(fā)投入，為市場(chǎng)和客戶提供全方位的價(jià)值服務(wù)。
圖4：ADI 針對(duì)移動(dòng)穿戴式應(yīng)用的完整系統(tǒng)級(jí)解決方案
資料來(lái)源：ADI 提供
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